1,原理
 流体が流れている管路に絞りを設けて、圧力損失を故意に発生させます。絞りにより発生する前後の圧力差(差圧)を検出して流量を検出します。絞り流量計とも呼ばれます。
絞りの形状からは、オリフィス、ノズル、ベンチュリ管の三種類に分類されますが、構造が単純なオリフィスが最も多く使われています。
フローノズルは、同心オリフィスのエッジ部を下流側へ押し出し、スロート状にしたもので、高温高速流体の測定に適します。また多少の固形物が含まれている液体にも使用できます。
ベンチュリ管は、管を絞り込んだ後緩やかに拡大したもので、オリフィスやフローノズルに比較し構造が複雑かつフランジ接続となるため高価となるが、泥等の沈殿物が生じないこと、圧力損失が小さい等の特徴を生かして、原水や工業用水の測定等によく使われます。
測定原理は、ベルヌーイの式によるもので原理的に非常に明快で、条件さえ整えればかなり高い精度での検出が期待できます。
下図にオリフィス式差圧流量計の概略図を示します。オリフィスの圧力分布オリフィスの上流側、下流側に設けた圧力タップでの圧力をP₁、P₂とすると、ベルヌーイのエネルギー保存則により
\[\small \frac{v₁^2}{2g}+\frac{P₁}{ρ₁g}+z₁=\frac{v₂^2}{2g}+\frac{P₂}{ρ₂g}+z=const  (1)\] v₁,v₂:断面1,2における流線上の流速
z₁,z₂:考慮した流線の断面1,2における基準面からの高さ
配管が水平で、非圧縮性流体の場合には、ρ₁=ρ₂=ρ なので式(1)は単純化されて
\[\small \frac{v₁^2}{2}+\frac{P₁}{ρ}=\frac{v₂^2}{2}+\frac{P₂}{ρ}  (2)\] 断面1での流れの断面積(管路の断面積にほぼ等しくなります)をA₁、断面2での流れの断面積(オリフィスの穴より少し絞られますのでオリフィス穴よりやや小さい面積になります)をA₂とすると、連続の式から
\[\small v₁A₁=v₂A₂   (3)\] 式 (2)、(3)より体積流量qは
\[\small q=A₂\sqrt{\frac{Δp}{ρ(1-(\frac{A₂}{A₁})^2)}}  (4)\] 質量流量qmは
\[\small β^2=(\frac{A₂}{A₁})\] と置き換えると
\[\small qm=ρq=A₂\sqrt{\frac{2ρΔp}{1-β^4}}  (5)\] が得られます。
すなわち体積流量または質量流量は、オリフィス上下流の差圧 ΔP=p₁-p₂ の平方根に比例します。
管径、絞りの径をそれぞれD,dとすると、β=d/D となりますが、このβを絞り径比といいます。
実際の流量測定では、絞り部の最小断面積A₂を製作に求めることは難しいので、絞り部の面積『π/4×d²』を使用します。
また、流体の粘性による影響も考慮しなければならないので、理論式(5)の代わりに次式のように表されます。
\[\small qm=C\frac{π}{4}d^2\sqrt{\frac{2ρΔp}{1-β^4}}  (6)\] 係数Cは流出係数と呼ばれる実験係数です。絞りの形状により異なります。他の方法で正確な流量を測定した結果より、理論値との比として求められる数値です。
オリフィスを設置する際には直管部が必要になります。又流体の種類によってオリフィスや指示計の設置場所に注意が必要となりますのでご注意ください。必要直管部長さ,取付場所の案内を下記にご案内致します。

絞り機構必要直管部選定表絞り機構配管時指示計取付案内

タップ方式案内図 2,特徴
■ 長所
(1)絞り部の形状を正確に作成すれば、実際の流体を流して校正を行う必要がありません。JISなどで規格が決められています『JIS Z 8762』
(2)特にオリフィスを使用した場合は、構造が単純で価格は安価です。
(3)可動部が無く、保守が容易です。
(4)適用可能な流体は、液体や気体、蒸気などいろいろな流体に対応可能です。

■ 短所
(1)流速分布の影響を受けるので、絞りの前後にかなり長い直管長を必要とします。
(2)オリフィスのエッジ部(縁部)の摩耗等の問題があり、固形物を含む液体等への使用は適していません。
(3)一般的に圧力損失が発生します。とくにオリフィスは圧力損失が大きくなります。ベンチュリ管の場合は比較的圧力損失は小さいですが、価格は高くなります。
(4)流体の中にゴミや錆などが混入すると、圧力を取り出す部分が詰まり、正しく計測されない場合が有ります。
(5)流量は差圧の平方根に比例するので、実質的な測定範囲を広くとることができません。この測定範囲(レンジアビリティ)は比較的小さく、1:4程度で使用される場合が多いです。

 

差圧検出部:FK-OP series
フランジ液体気体小~大流量
オリフィスプレート外観、接続分解図面
オリフィスプレートは管フランジの間に挟み込む形で取付けて液体・気体・蒸気の流れによって差圧を発生させ差圧計、差圧電送器で流量を計測します。オリフィスプレートはJIS規格(JIS Z 8762-2)に基づいたオリフィス計算によって弊社で設計製造いたします。
FK-OP(オリフィスプレート)
口径50A~1000A
測定流体液体・気体・蒸気
最高使用圧力フランジ規格による
取付方法ウェハー(フランジ挟み込み形)
圧力取出方法D・1/2Dタップ(ラジアス),フランジタップ,ベナータップ
計算規格JIS Z 8762-2:2007
材質SUS304,316 他
接続JIS10Kフランジ(標準),JIS5K,20K,他

差圧検出部:FK-OR series
フランジ液体気体小~大流量オリフィスリングアッセンブリー外観、接続分解図面オリフィスプレートは管フランジの間に挟み込む形で取付けて液体・気体・蒸気の流れによって差圧を発生させ差圧計、差圧電送器で流量を計測します。オリフィスプレートはJIS規格(JIS Z 8762-2)に基づいたオリフィス計算によって弊社で設計製造いたします。
FK-OR(オリフィスリングアッセンブリー)
口径50A~1000A
測定流体液体・気体・蒸気
最高使用圧力フランジ規格による
取付方法ウェハー(フランジ挟み込み形)
圧力取出方法コーナータップ
計算規格JIS Z 8762-2:2007
材質SUS304(標準),S25C,SUS316 他
接続JIS10Kフランジ(標準),JIS5K,20K,他

-差圧,風量指示部

U字管式:FK-Ma-U series
液体気体

FK-Ma-U
FK-Ma-Uシリーズはゲージ管(ガラス管)内に、水または水銀を入れ液柱(液面)の高さを読みとるものです。ゲージ管は導通しております。差圧、ゲージ圧などの圧力を計測します。差圧流量計指示部、フィルターの目詰まり監視等に使用されます。
FK-Ma-U
測定差圧最小:0~1.0 kPa
最大:0~10 kPa
最高使用圧力0.5 MPa
材質本体:PVC
ゲージ管:耐熱ガラス,PMMA
目盛:PMMA
架台:SUS304

面積式:FK-BFAU series
液体気体
BF-AUオス
FK-BFAUシリーズはオリフィスプレートやオリフィスリングアッセンブリーと組み合わせて製作します。オリフィスの差圧取出し口からバイパス菅に分流を流し、その分流の流量を浮遊式流量計にて測定することにより本管の流量を測定する流量計です。
FK-BFAU
標準差圧気体:0~5 kPa
液体:0~20 kPa
最高使用圧力0.5 MPa
材質本体:SUS304
ゲージ管:耐熱ガラス
目盛板:PMMA
流量範囲オリフィス計算に基づいた差圧に対する流量を製作し表示

差圧,風量指示計:FK-BFDG series
液体気体電気出力FK-BFシリーズ
FK-BFDGシリーズはオリフィスプレートやオリフィスリングアッセンブリーと組み合わせて製作します。オリフィスで計算された差圧をもとに指示計を設定し流量を表示します。指示部の構造は、壁掛け,パイプ取付,壁掛けBOX,スタンド付等、多種ございます。指示計は仕様に合わせて選定し種類も豊富に御座いますのでご相談ください。指示部に三岐弁を組み込んでおりますので測定開始時、終了時の操作が安易です。主に浄水場や水処理設備に使用されております。
FK-BFDGシリーズ
口径50A~1000A
測定流体液体・気体
流量範囲オリフィス計算に基づき設定された差圧,流量が規定以内の範囲
最高使用圧力フランジ規格による
タップ方法コーナー(リングアッセンブリー)
ラジアス,ベナー(オリフィスプレート)
計算規格JIS Z 8762-2:2007
材質SUS304(標準),S25C,SUS316 他
接続JIS10Kフランジ(標準),JIS5K,20K,他